Question

硅孔雀石是一种含铜的矿石，含铜形态为CuCO₃?Cu（OH）₂和CuSiO₃?2H₂O，同时含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃等杂质．以硅孔雀石为原料制备CuSO₄?5H₂O晶体的流程如图所示：

回答下列问题：
（1）步骤①中，双氧水的作用（用离子方程式表示）：

 

（2）步骤②的目的是调节溶液的pH，试剂A宜选用

 

（填序号）
A．稀硫酸　　B．NaOH溶液　　C．氨水　　　　　D．CuO
常温下Fe（OH）₃的Ksp=1×10^-38，若要将溶液中的Fe³⁺沉淀完全，必需将溶液pH调节至

 

（3）步骤③中由滤液b获得CuSO₄?5H₂O晶体需要经过

 

、

 

、过滤、洗涤、干燥等操作．
（4）利用副产品制备Na₂CO₃时，应向NaCl溶液中先通入（或先加入）

 

（填化学式）．
（5）为充分利用母液，某学生利用电解原理设计方案回收铜（如图2所示）．铜将在

 

（填“A”或“B”）极析出．
（6）工业上利用废铜、废酸（含硝酸、硫酸）为主要原料也可以制备硫酸铜晶体．某含有C（HNO₃）=2mol/L，C（H₂SO₄）=4mol/L的废酸混合液100ml（不含其它酸或氧化剂），最多能制备硫酸铜晶体的质量为

 

克．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：由制备实验流程可知，Cu₂（OH）₂CO₃、少量Fe的氧化物均与硫酸反应，只有SiO₂不反应，则滤渣a为SiO₂，再加上双氧水具有氧化性将亚铁离子氧化为铁离子，所以溶液a含Cu²⁺、Fe³⁺，加CuO促进铁离子水解转化为沉淀，所以滤液b中主要为硫酸铜，蒸发浓缩、冷却结晶得到CuSO₄?5H₂O；制备Na₂CO₃时，先通入氨气，增大二氧化碳的溶解，生成碳酸铵与氯化钠反应生成碳酸钠、氯化铵，则过滤可得到Na₂CO₃，以此来解答．
（1）双氧水将亚铁离子氧化成铁离子；
（2）根据滤液a示酸性，加入的试剂不能引进新的杂质进行分析；依据氢氧化铁的溶度积常数和Fe³⁺沉淀完全的浓度为c（Fe³⁺）＜10^-5mol?L^-1，计算氢氧根离子浓度得到溶液最小pH；
（3）滤液b获得CuSO₄?5H₂O晶体需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作；
（4）利用NaCl溶液制备Na₂CO₃时，根据侯氏制碱法的方法，先通氨气后通二氧化碳气体来分析；
（5）根据电解原理，与电源负极相连的阴极上是溶液中的不活泼的金属离子得电子析出单质来分析；
（6依据溶液中氢离子物质的量和硝酸根离子物质的量，硫酸根离子物质的量，结合反应3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，中离子定量关系和元素守恒计算分析；

解答： 解：由制备实验流程可知，Cu₂（OH）₂CO₃、少量Fe的氧化物均与硫酸反应，只有SiO₂不反应，则滤渣a为SiO₂，再加上双氧水具有氧化性将亚铁离子氧化为铁离子，所以溶液a含Cu²⁺、Fe³⁺，加CuO促进铁离子水解转化为沉淀，所以滤液b中主要为硫酸铜，蒸发浓缩、冷却结晶得到CuSO₄?5H₂O；制备Na₂CO₃时，先通入氨气，增大二氧化碳的溶解，生成碳酸铵与氯化钠反应生成碳酸钠、氯化铵，则过滤可得到Na₂CO₃．
（1）双氧水将亚铁离子氧化成铁离子的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（2）由于滤液a示酸性，加入的试剂能够中和溶液中的氢离子，还不能引进新的杂质，所以应该选用D氧化铜；常温时，Fe（OH）₃的K_sp=1×10^-38，要使溶液中的Fe³⁺沉淀完全，残留在溶液中的c（Fe³⁺）＜10^-5mol?L^-1；Ksp=c（Fe³⁺）c³（OH^-）=10^-5×c³（OH^-）=1×10^-38
c（OH^-）=10^-11mol/L，c（H⁺）=

10 -14

10 -11

=10^-3mol/L，溶液PH=3；故答案为：D；3；
（3）滤液b获得CuSO₄?5H₂O晶体需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作；故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（4）利用NaCl溶液制备Na₂CO₃时，根据侯氏制碱法的方法，要增大二氧化碳的溶解性则先通氨气后通二氧化碳气体，故答案为：NH₃；
（5）根据电解原理，与电源负极相连的阴极上是溶液中的不活泼的金属离子得电子析出单质，所以要回收铜，则铜在阴极析出，故答案为：A；
（6）某含有c（HNO₃）=2mol?L^-1，c（H₂SO₄）=4mol?L^-1的废酸混合液100mL（不含其它酸或氧化剂），n（H⁺）=0.1L×2mol/L+0.1L×4mol/L×2=1mol，n（NO₃^-）=0.1L×2mol/L=0.2mol，n（SO₄^2-）=0.1L×4mol/L=0.4mol，3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，依据定量关系可知硝酸根离子全部反应消耗氢离子0.8mol，铜0.3mol，所以生成硫酸铜晶体最多为0.3mol，最多能制备硫酸铜晶体（CuSO₄?5H₂O）的质量=0.3mol×250g/mol=75g；
故答案为：75；

点评：本题借助硅孔雀石为原料制取硫酸铜的工艺流程，考查了铜及其化合物性质分析判断，化学方程式计算应用，沉淀溶解原理的应用，掌握基础是关键，题目难度中等．